脉冲管制冷机低温端没有运动部件，具有体积小、效率高、寿命长、振动小、可靠性高和电磁干扰小等优点，成为近年来发展最为迅速和最具代表性的新一代空间制冷技术之一。脉冲管制冷机运行机理研究虽然取得了很大的发展，但是工作原理尚未得到充分发掘，限制了制冷机性能的进一步提高，因此脉冲管制冷机需要借助数值算法来帮助设计和优化;脉冲管制冷机内部流动状态更是直接决定了脉冲管制冷机最终的实验性能，通过计算流体力学数值仿真脉冲管制冷机内部交变流动状态，结合一维数值软件的快速分析和追踪优化能力，来增加脉冲管制冷机的设计效率。本文讨论了一维数值软件和通用商业软件的数值算法及其原理，结合脉冲管制冷机实验性能的研究，开展了脉冲管制冷机组件对整机性能影响的研究，讨论了研究制冷机组件内流动与损失所发挥的积极作用。主要研究内容如下:　　 (1)脉冲管制冷机整机以及回热器等多孔介质的数值模型和控制方程研究。基于有限差分法、有限体积法和有限元法，分析了脉冲管制冷机内部控制方程的不同形式，讨论了这三种方法在实际脉冲管制冷机设计中所扮演的角色;通过动量方程中源项的分析，讨论了回热器等多孔介质在脉冲管制冷机控制方程中的表达方式，并且理论推导了理想状态下不同目数和不同材料丝网的粘性阻力系数和惯性阻力系数。　　 (2)搭建了脉冲管制冷机回热器轴向和径向交变流动参数测量实验台。该实验台可以测量交变流动状态下回热器轴向和径向的阻力系数，通过回热器中动量源项简化公式来推导压降和回热器内速度的关系，回热器的入口速度通过修正回热器入口速度波的方法获得，然后通过数值拟合压降和速度的关系得到了回热器内粘性阻力系数和惯性阻力系数，测量结果显示测量出的粘性阻力系数和惯性阻力系数要大于理论计算的结果，而且不同频率状态下的粘性阻力系数和惯性阻力系数也会存在一定程度的差异，因此在数值计算时要选定实际运行频率下的阻力系数进行计算。　　 (3)数值模拟了脉冲管制冷机各组件内部的交变流动状态。脉冲管制冷机中某些组件在初始设计中往往被简化处理，但是在实际开发中这些组件内的流动状态却会直接影响脉冲管制冷机的实验性能，以及制冷机的设计精度，因此数值模拟分析了直线型脉冲管制冷机回热器和脉冲管热端进气结构对整机性能的影响，通过飞机进气道的类比分析提出了制冷机热端进气结构的导流鼻锥设计;分析了回热器和脉冲管热端端口法兰形状对整机性能的影响，回热器和脉冲管热端端口法兰充当了制冷机连接管和冷指变截面过渡段的角色，虽然距离端，容积小，但是顶锥角的变化影响了制冷机的整机性能，因此通过数值模拟，分析了其影响因素;介绍了脉冲管制冷机冷热端导流孔板和导流丝网对制冷机性能的影响，由于脉冲管冷热端导流直接影响了脉冲管内部的速度分布、压力分布以及相位分布，是决定脉冲管制冷机性能的关键因素，因此通过数值分析方法模拟了导流孔板和导流丝网的作用和影响;数值模拟分析了脉冲管制冷机连管对整机性能的影响，由于连管内压力波与质量流相位变化相对于脉冲管制冷机冷指的压力波与质量流相位变化而言比较明显，因此提出了连管损失的计算方法，并且提出了不同长径比连管对制冷机性能的影响。　　 (4)介绍了脉冲管制冷机的整机测量系统。脉冲管制冷机的测量方法与测量精度直接决定了制冷机实验结果与设计结果的吻合度，因此介绍了脉冲管制冷机整机性能的测量方法和配套设施，并且分析了各种精度对实验结果的影响。　　 (5)详细的介绍了数值计算方法在直线型脉冲管制冷机的设计和优化过程中的应用。通过实验室自编软件和商业软件相结合的方法设计了一台中温区大冷量直线型脉冲管制冷机，给出了制冷机关键结构的设计方法和几何尺寸，讨论了这些几何尺寸的影响因素，加工了一台全焊接型和一台分体可拆卸式脉冲管制冷机，通过实验测量了该尺寸直线型脉冲管制冷机的性能，并且对获得的实验结果进行了影响因素的分析。然后通过数值模拟分析和可拆卸式脉冲管制冷机的实验配合优化了脉冲管制冷机回热器和脉冲管热端端口法兰形状、回热器和脉冲管热端散热器、压缩机和冷指的连管结构、脉冲管长径比和惯性管气库调相结构。通过理论和实验分析获得了回热器热端端口法兰最优顶锥角120°，脉冲管端口法兰最优顶锥角70°，回热器热端丝网换热器丝网的最优长度为11mm，脉冲管热端丝网换热器丝网的最优长度为7mm，连管最优长径比为25.5∶1，脉冲管最优长径比为5∶1。